Nature:揭示DEAD-box ATP酶是相分離細胞器的調節因子

2019-09-15 08:37:15


細胞中存在許多種細胞器。一些細胞器是有膜包圍的,比如細胞核、線粒體、溶酶體、內質網、高爾基體和葉綠體等。還有一些細胞器是無膜包圍的,比如核仁、處理小體(processing body)、P顆粒(P granule)和應激顆粒(stress granule)等。科學家們想要了解細胞如何快速可逆地將通過區室化讓它的組分形成無膜的細胞器。

2009年,Clifford P. Brangwynne等人提出細胞內通過液-液相分離(liquid-liquid phase separation, LLPS)過程提供一種特定的方式使得細胞內的特定分子(比如,RNA和蛋白)聚集起來,從而在混雜的細胞內部形成一定的次序。近年來,液-液相分離成為生物醫學研究的一個熱點。越來越多的研究表明液-液相分離是細胞產生無膜細胞器的物理化學基礎,而且它也在一些疾病的發生過程中起著非常重要的作用。

近年來,蛋白和核酸經歷液-液相分離的能力已成為解釋這個問題的一種重要的分子原理。針對這些細胞器的組裝和週轉如何受到控制以及這些生物凝集物(即無膜的細胞器)如何選擇性地招募或釋放組分,人們知之甚少。
圖片來自Nature, 2019, doi:10.1038/s41586-019-1502-y。

在一項新的研究中,來自瑞士蘇黎世聯邦理工學院(ETH Zurich)的研究人員發現大型高度豐富的RNA依賴性DEAD-box ATP酶(DDX)家族的成員是原核生物和真核生物中含有RNA的相分離細胞器的調節因子。相關研究結果近期發表在Nature期刊上,論文標題為“DEAD-box ATPases are global regulators of phase-separated organelles”。

通過開展體外重建和體內實驗,這些研究人員證實DDX在它們的ATP結合形式下促進相分離,而ATP水解誘導區室週轉和RNA釋放。這種無膜細胞的器調節機制揭示了一種從細菌到人類中保守的細胞組織原理。此外,他們發現DDX控制進入和離開相分離細胞器的RNA通量,因此提出細胞中存在的一種動態的受到DDX控制的區室網路建立生化反應中心,為細胞提供各種RNA處理步驟的空間和時間控制,從而能夠調節核糖核蛋白顆粒的組成和命運。


參考資料:

Maria Hondele et al. DEAD-box ATPases are global regulators of phase-separated organelles. Nature, 2019, doi:10.1038/s41586-019-1502-y.


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